Cosa fa il cavo in fibra ottica?

Cavi in fibra ottiCa Trasmettere le informazioni come impulsi di luce attraverso fili di vetro o plastica. Servono come spina dorsale delle moderne telecomunicazioni, consentendo il trasferimento di dati ad alta velocità su lunghe distanze con una perdita minima del segnale.

Funzionalità principale

La fibra ottica convertisce i segnali elettrici in luce usando un trasmettitore. La luce viaggia attraverso il cavo tramite il riflesso interno totale, rimbalzando tra il nucleo e il rivestimento. A destinazione, un ricevitore converte la luce in segnali elettrici.

Componenti chiave

• nucleo: sottile centro di trasporto del vetro/plastica
• rivestimento: strato esterno che riflette la luce verso l'interno
• rivestimento tampone: giacca di plastica protettiva
• Membri di forza: rafforzare le fibre (ad es. Kevlar)
• Giacca esterna: esterno resistente alle intemperie

Specifiche tecniche

Le fibre a singola modalità (Nucleo da 9 µm) trasportano luce laser a infrarossi (1310-1550nm) per distanze superiori a 100 km. Le fibre multimodali (nucleo da 50-62,5 µm) utilizzano sorgenti di luce LED per corse più brevi (≤2 km).

Confronto delle prestazioni

Meccanica di trasmissione del segnale

Gli impulsi di luce mantengono l'integrità del segnale attraverso la riflessione interna totale. Il calcolo dell'angolo critico segue la legge di Snell: θ _c = sin ^-1 (n ₂ /N ₁ ), dove n ₁ e n ₂ sono indici di rifrazione di core e rivestimento.

Scenari di distribuzione

• Cavi sottomarini : 400 sistemi che abbracciano 1,3 m km a livello globale
• Ftth (Fibra-to-the-Home) : Connessioni di consumo diretti
• Data center : Architettura a foglia di colonna vertebrale con collegamenti da 400 Gbps
• Industriale : Automazione della fabbrica emi-resistente

Limitazioni e considerazioni

I costi di installazione superano il rame del 10-30%. Equipaggiamento specializzato richiesto per la giunzione (perdita di 0,1 dB per giunzione). Il raggio di piegatura minimo (in genere 10-20 × diametro del cavo) impedisce la perdita di luce.

Cronologia dell'evoluzione

1977: prima installazione commerciale (Chicago)
1988: cavo transatlantico TAT-8 (40.000 chiamate contemporaneamente)
2016: record da 4.000 km (1 TBPS singolo)
2023: sistemi sottomarini raggiungendo 24 Tbps per coppia di fibre

Sviluppi futuri

Multiplexing della divisione spaziale mediante fibre multi-core (7 core dimostrati). Fibre a core cavo riducono la latenza a 3μs/km. Integrazione con reti di crittografia quantistica.

Immersione profonda tecnica

I sistemi in fibra ottica sfruttano il multiplexing della divisione di lunghezza d'onda (WDM) per aumentare la capacità. Il WDM denso (DWDM) supporta fino a 160 lunghezze d'onda per fibra, ciascuna che trasportava 100 Gbps. La rigenerazione del segnale si verifica attraverso amplificatori in fibra drogati con erbio (EDFA) distanziati a intervalli di 80-100 km, mantenendo l'amplificazione ottica senza conversione elettrica. Gli effetti non lineari come la miscelazione a quattro onde diventano significativi a livelli di potenza superiori a 17 dbm, che richiedono progetti di fibre spostati con dispersione. La compensazione della dispersione della modalità di polarizzazione (PMD) è fondamentale per i collegamenti oltre i 40 km che operano a 100 Gbps.

Scienza materiale

Silice fusa ultra-pura (SIO ₂ ) forma il materiale centrale, con il doping di germanio che aumenta l'indice di rifrazione. Il rivestimento utilizza silice drogata con fluoro con indice di rifrazione inferiore allo 0,36%. La produzione prevede una deposizione di vapore chimico modificato (MCVD), dove i gas depositano strati di silicio all'interno di tubi di preforma a 1900 ° C. Il disegno in fibra si verifica a 2000 ° C, tirando 10 km/min con diametro controllato a ± 0,1µm.